空间技术航天技术概论

第 八 章 绪 论第 九 章 航 天 器 的 轨 道第 十 章 航 天 器 的 姿 态 动 力 学 与 控 制第 十 一 章 人 在 地 球 卫 星 的 结 构第 十 二 章 航 天 器 的 温 度 控 制第 十 三 章 航 天 器 的 遥 测 遥 控 和 测 控 地 面 站第 十 四 章 航 天 器 的 返 回第 十 五 章 载 人 航 天 器 航 天 技 术 是 指 人 类 如 何 进 入 外 层 空 间 （ 150km以 上 ） 、 利 用 和 开 发 外 层 空 间 资 源 的 技 术 。8.1.2 航 天 活 动 第 八 章 绪 论1957年 10月 4日 苏 联 发 射 第 一 颗 人 造 卫 星1961年 4月 12日 苏 联 发 射 第 一 艘 载 人 飞 船1969年 7月 21日 美 国 阿 波 罗 11号 登 月 舱 登 陆 月 球 。1981年 4月 12日 美 国 “ 哥 伦 比 亚 ” 号 航 天 飞 机 首 航 成 功 。1984年 美 国 “ 挑 战 者 ” 号 航 天 飞 机 凌 空 爆 炸 ， 7名 宇 航 员 丧 生 。载 人 航 天月 球 探 测 8.2 航 天 技 术 内 容1） 航 天 器 技 术 2） 运 载 器 技 术 3） 地 面 测 控 技 术4） 发 射 场 5） 空 间 运 用 技 术6） 航 天 大 系 统 第 八 章 绪 论 功 能 ： 完 成 运 载 火 箭 和 航 天 器 的 装 配 、 测 试 和 发 射 。组 成 ： 技 术 阵 地 、 发 射 阵 地 、 发 射 指 挥 控 制 中 心 、 地 面 测 控 系 统 。我 国 的 卫 星 发 射 场 酒 泉 卫 星 发 射 中 心 （ 1958年 ） 太 原 卫 星 发 射 中 心 （ 1967年 ） 西 昌 卫 星 发 射 中 心 （ 1970年 ） 海 南 航 天 发 射 场 (2009年 9月 ) 东 经 108 20 111 03 ， 北 纬 19 20 20 10 地 球 同 步 轨 道 卫 星 、 大 质 量 极 轨 卫 星 、 大 吨 位 空 间 站 和 深 空 探 测 发 射 任 务 8.3 航 天 器 的 分 类航 天 器 可 分 为 无 人 航 天 器 和 载 人 航 天 器 两 类 。 第 八 章 绪 论8.6 航 天 器 飞 行 环 境8.6.1 宇 宙 地 球地 球 是 椭 球 体 ， 短 轴 与 地 球 自 转 轴 重 合 ，长 轴 在 赤 道 平 面 内 。长 半 轴 ： a=6378.16km短 半 轴 ： b=6356.86km扁 率 ： a=(a-b)/a=1/298.25黄 道 面 ： 地 球 绕 太 阳 公 转 的 面 。 太 阳 系 太 阳 系 由 太 阳 、 八 大 行 星 （ 水 星 、 金 星 、 地 球 、 火 星 、木 星 、 土 星 、 天 王 星 、 海 王 星 ） 、 矮 行 星 及 卫 星 、 小 行 星 、彗 星 、 流 星 体 、 行 星 际 物 质 组 成 。 银 河 系 扁 平 的 、 略 似 铁 饼 状 的 外 形 ， 绕 中 心 处 旋转 。 直 径 约 10万 光 年 ， 中 心 部 位 厚 度 约 1.5万 光 年 ， 太 阳 离 银 河 系 中 心 约 2.7万 光 年 。银 河 系 内 有 2000多 亿 颗 恒 星 。 河 外 星 系 河 外 星 系 是 宇 宙 中 与 银 河 系 类 似 的 天 体 系 统 。到 20世 纪 末 已 观 测 确 认 的 河 外 星 系 有 1250多 亿 个 。 银 河 系 8.6.2 航 天 器 飞 行 环 境 运 载 飞 行 环 境 温 度 环 境 超 真 空 无 重 力 状 态 热 的 传 递 辐 射 能 的 影 响 人 造 地 球 卫 星 轨 道 是 指 绕 地 球 运 行 的 轨 道 ， 但 是 从 发 射 到回 收 考 虑 在 内 ， 它 包 括 发 射 轨 道 、 运 行 轨 道 和 返 回 轨 道 。第 十 章 航 天 器 的 轨 道 发 射 点 发 射 轨 道 入 轨 点 运 行 轨 道 运 行 轨 道 速 度制 动 速 度 落 点返 回 轨 道制 动 火 箭 点 火 0vv v地 球图 10.1 人 造 地 球 卫 星 的 轨 道 10.1 人 造 地 球 卫 星 发 射发 射 前 准 备 工 作 程 序卫 星 发 射 过 程滑 行 入 轨转 移 轨 道 入 轨停 泊 轨 道 入 轨 研 制 工 厂 技 术 阵 地铁 路 （ 空 中 ） 运 输 运 载 火 箭 检 测卫 星 检 测 装 飞 行 胶 片及 拉 片 检 查 通 外 电 、 阻 值线 路 检 查 及 充压 充 气 试 验公 路 运 输精 瞄待 射 姿 控程 控遥 控跟 踪遥 测照 相回 收综 合 配 电 分 解 产 品单 元 测 试系 统 检 查模 拟 飞 行（ 拍 照 ）参 加 运 载 火箭 总 检 查 紧 急 关 机 检 查再 总 装 及 检 查转 运发 射 阵 地吊 装 起 竖 与火 箭 对 接粗 瞄分 系 统 检 测总 检 查加 注 前 的 准 备加 注射 前 准 备发 射 公 路 运 输 （ 略 ） 滑行入轨 图 10.4 滑 行 入 轨第 一 级 第 二 级 第 三 级 卫 星地 球 10.2 中 心 力 场 中 质 点 运 动 规 律质 点 在 中 心 力 场 中 运 动 时 ， 动量 矩 是 守 恒 的 。 常 数 HrVr 2质 点 在 中 心 力 场 中 运 动 时 ， 能量 是 守 恒 的 。 212 EV Er 常 数 图 10.9 中 心 力 场 中 质 点 P的 速 度o 地 球 V r e rerV r Pr V飞 行 轨 道 e1e=10e1 地 球e=0a abb l FrA ra rp Pea 开 普 勒 第 一 定 律 ：所 有 行 星 都 以 太 阳 为 焦 点 的 椭 圆 轨 道 上 运 行 。开 普 勒 三 定 律 在 dt时 间 内 ， 矢 量 r扫 过 的 面 积 为 ：212dA r d从 而 ： HdtdrdtdA 2121 2 F PV rdr d 图 10.12 dt时 间 内 扫 过 的 面 积开 普 勒 第 二 定 律 ：单 位 时 间 内 矢 量 r扫 过 的 面 积 为 常 数 。 2A abT dA Hdt 对 椭 圆 轨 道 来 讲 ， 其 面 积 为 ab,则 轨 道 周 期 为 ：EH l开 普 勒 第 三 定 律 ：轨 道 周 期 与 轨 道 长 半 轴 的 二 分 之 三 次 方 成 正 比 。 322 ET a 10.3 三 个 宇 宙 速 度 和 地 球 静 止 轨 道 卫 星 发 射 速 度第 一 宇 宙 速 度第 二 宇 宙 速 度第 三 宇 宙 速 度地 球 静 止 轨 道 卫 星 发 射 速 度环 绕 速 度 和 轨 道 周 期 定 义 ： 忽 略 大 气 阻 力 的 情 况 下 ， 一 个 物 体 沿 地 球 表 面 飞 行 的 速 度 。r=R, e=0, =0， 2 22 /1 cos 1 cos 1 cosEE r vHlr e e e 由可 以 得 到 : 1 7.905km /sEv v R 第 一 宇 宙 速 度 R v1地 球第 一 宇 宙 速 度 定 义 ： 在 地 球 表 面 上 发 射 空 间 飞 行 器 ， 使 它 脱 离 地 球 引 力 场 所 需 要 的 最 小 速 度 。因 为 r=R, e=1, =0， 所 以 e=1 v2R地 球2 22 /1 cos 1 cos 1 cosEE r vHlr e e e 2 12 2 11.18km /sEv vR 第 二 宇 宙 速 度 第 二 宇 宙 速 度 第 三 宇 宙 速 度 ： 地 球 上 发 射 一 个 空 间 飞 行 器 ， 使 它 脱 离 太 阳 引 力 场 所 需 要 的 最 小 速 度 。 23 2/ 2 16.65km /sES Ev v R 1. 求 从 地 球 轨 道 上 脱 离 太 阳 引 力 场 所 需 的 最 小 速 度 vS22. 求 地 球 公 转 速 度 vE3. 求 航 天 器 脱 离 太 阳 引 力 场 ， 相 对 地 球 需 要 增 加 的 速 度 vS2/E 2 2 SS Sv R2 2 3 2/2 2S EEv vR 由 能 量 方 程 ：2/ 2 12.343km /sS E S Ev v v SE Sv R 地 球太 阳vS2 RSvE 地 球 静 止 轨 道 卫 星 ： 卫 星 的 周 期 与 地 球 自转 周 期 相 同 ， 卫 星 的 轨 道 为 赤 道 上 空 的 圆轨 道 。 3242 24 3600ET r 44 2C rv T 22 44 42 2CE Evv R r 24 44 4( )2 10.77km /s2C Ev r Rv Rr 地 球 静 止 轨 道 卫 星 发 射 速 度轨 道 高 度35786km 地 球r4 R 地 球 静 止轨 道 卫 星v4C v4 环 绕 速 度 vc :离 地 面 h高 的 圆 轨 道 上 的 飞 行 速 度 。2 2 /1 cos 1 cosEr vlr e e 2 2( ) c ER h vR h 1 11 /Ecv vR h h R 322 ET a 23)1(2 23 RhRT E 轨 道 周 期 T因 为 r=R+h, e=0, =0， vc=v 10.4 轨 道 根 数定 义 ： 确 定 卫 星 的 空 间 位 置 所 需 要 的 参 数 。确 定 轨 道 平 面 的 位 置 升 交 点 赤 经 、 轨 道 倾 角 i 确 定 轨 道 形 状 半 长 轴 a、 偏 心 率 e 确 定 轨 道 在 轨 道 面 内 的 位 置 近 地 点 角 距 确 定 卫 星 在 轨 道 上 的 位 置 真 近 点 角 图 10.4 轨 道 根 数 轨 道 分 类0i 900 i90i 90i 赤 道 轨 道 ， 卫 星 轨 道 在 赤 道 平 面 内 ， 地 球 同 步 轨 道 卫星 的 轨 道 属 于 这 种 轨 道 。顺 行 轨 道 ， 多 数 卫 星 采 用 这 种 轨 道 ， 因 为 它 利 用 地 球自 转 速 度 ， 从 而 节 省 发 射 需 要 的 能 量 。极 轨 道 ， 在 极 轨 道 上 ， 卫 星 可 以 观 测 整 个 地 球 ， 因 此地 球 资 源 卫 星 、 全 球 侦 察 卫 星 采 用 这 种 轨 道 。逆 行 轨 道 ， 由 于 地 球 自 转 速 度 起 负 作 用 ， 发 射 需 要 的能 量 增 加 ， 因 此 一 般 不 采 用 这 种 轨 道 。 轨 道 控 制 的 含 义1.轨 道 修 正 受 月 球 、 太 阳 、 行 星 的 引 力 ， 太 阳 风 和 辐 射 压 力 ， 微 薄 大 气 阻力 等 干 扰 力 的 作 用 ， 使 航 天 器 偏 离 预 定 轨 道 。2.变 轨 某 些 任 务 的 需 要 ， 如 返 回 、 交 会 对 接轨 道 控 制 的 分 类1. 轨 道 面 内 轨 道 控 制 2. 轨 道 面 的 控 制 轨 道 控 制 的 实 现 轨 道 控 制 是 通 过 调 节 火 箭 发动 机 的 推 力 方 向 和 火 箭 发 动 机 工作 时 间 来 实 现 。10.5轨 道 控 制 轨道面内轨道控制 航 天 器 的 原 轨 道和 目 标 轨 道 在 同 一 平面 内 时 ， 改 变 航 天 器的 飞 行 速 度 的 大 小 和方 向 ， 由 原 轨 道 转 移到 目 标 轨 道 ， 称 同 轨道 面 内 的 轨 道 控 制 。 ab 地 球 原 轨 道 目 标 轨 道转 移 轨 道霍 曼 轨 道 转 移 轨道面的控制 当 原 飞 行 轨 道和 目 标 轨 道 不 在 一个 平 面 内 时 ， 则 需要 控 制 轨 道 面 。 轨 道 面 的 控 制是 在 圆 轨 道 和 目 标轨 道 的 交 点 上 ， 给空 间 飞 行 器 加 此 点上 目 标 轨 道 速 度 和原 轨 道 速 度 差 值 而达 到 目 的 。 控 制 前控 制 后 1aV2aV aVa 原 轨 道 目 标 轨 道 图 10.16 轨 道 面 控 制 交 会 对 接两 个 空 间 飞 行 器 ， 在 空 间 某 一 点 上 会 合 叫 做 交 会 ；两 个 空 间 飞 行 器 连 接 成 一 体 叫 做 对 接 。交会方法： 1.用 运 载 火 箭 直 接 交 会 ;2.用 交 会 位 置 调 节 轨 道 交 会 ；3.用 等 待 轨 道 交 会 。交会的控制方式： 1.自动控制模式 2.手动控制模式 3.自主控制模式 4.地面遥控模式 对接机构： 1.环 锥 式 用 于 双 子 星 座 飞 船 与 阿 金 娜 火 箭 的 对 接 ， 现 已 淘 汰 。2.杆 锥 式前 苏 联 的 联 盟 飞 船 之 间 、 联 盟 飞 船 与 礼 炮 号 空 间 站 的对 接 、 阿 波 罗 登 月 计 划 中 的 对 接 。3.异 体 同 构 周 边 式联 盟 飞 船 与 阿 波 罗 飞 船 的 对 接 （ 1975） 、 航 天 飞 机 与和 平 号 空 间 站 、 航 天 飞 机 与 国 际 空 间 站 、 中 国 实 现 的对 接4.抓 手 碰 锁 式日本的 ETS-VII卫 星 的 对 接 （ 1998） 杆 锥 式 对 接 机 构 联 盟 飞 船 的 杆 锥 式 对 接 机 构 示 意 图 异 体 同 构 周 边 式 对 接 机 构 外 翻 式 异 体 同 构 周 边 式 对 接 机 构 内 翻 式 抓 手 碰 锁 式 对 接 机 构 抓 手 碰 锁 式 对 接 机 构 示 意 图 神 舟 八 号 载 人 飞 船 与 天 宫 一 号 目 标 飞 行 器 的 对 接1.对 接 前 的 准 备 阶 段2.交 会 段3.对 接 段4.组 合 体 共 同 飞 行5.分 离 段 准 备 接 触 与 缓 冲 捕 获缓 冲 与 校 正 拉 紧 与 刚 性 连 接对 接 过 程 简 图对 接 过 程 10.6 星 下 点 轨 迹星 下 点 轨 迹 :航 天 器 飞 行 时 ， 它 和 地 球 中 心 的 连 线 与 地 球 表 面 的 交 点 的 轨 迹 。 姿 态 是 指 一 个 物 体 上 的 坐 标 与 另 一 个 物 体 上 的 坐 标 之 间 的 相 对 角 位 置 关 系 。飞 行 器 的 姿 态 通 常 用 飞 行 器 的 体 坐 标 相 对 于 参 考 坐 标的 角 位 置 表 示 。第 十 一 章 航 天 器 的 姿 态 动 力 学 与 控 制姿 态 动 力 学 ： 研 究 航 天 器 整 体 围 绕 质 心 的 运 动 以 及 航 天器 各 部 分 的 相 对 运 动 。航 天 器 姿 态 控 制 是 指 获 取 并 保 持 航 天 器 在 太 空 定 向 （ 相 对 于 某 个 参 考 系 ） 的 技 术 ， 包 括 姿 态 稳 定 和 姿 态 机 动 两 个 方 面 。 为 什 么 要 姿 态 控 制 ？完 成 任 务 需 要 。 空 间 对 接 姿 态 控 制 方 法 分 为 被 动 姿 态 控 制 和 主 动 姿 态 控 制 。被 动 姿 态 控 制 :利 用 卫 星 本 身 的 动 力 特 性 和 环 境 力 矩 来 实 现 姿 态 控 制 ， 包 括 自 旋 稳 定 和 重 力 梯 度 稳 定 。主 动 姿 态 控 制 ： 根 据 姿 态 偏 差 形 成 控 制 指 令 ， 产 生 控 制 力 矩 来 实 现 姿 态 控 制 方 法 。 控 制 系 统 由 姿 态 敏 感 器 、 控 制 器 和 执 行 机 构 组 成 。 包 括 喷 气 控 制 、 飞 轮 控 制 。 自 旋 稳 定 卫 星 具 有 轴 对 称 形 状 ， 并 绕 对 称 轴 自 旋 。 根 据 陀 螺 的 定轴 性 ， 卫 星 对 称 轴 在 空 间 定 向 ， 并 能 抵 抗 微 小 的 干 扰 。 实 践 二 号自 旋 稳 定 实 现 的 是 单 轴 稳 定 。由 于 存 在 能 量 耗 散 ， 只 有 绕 最 大 惯 量 轴 才 是 稳 定 的 。姿 态 指 向 精 度 为 1 10 。 重 力 梯 度 稳 定 Af BfLA LB A A B BF L F L 重 力 产 生 的 合 力 矩思 考 ： 离 心 力 产 生 的 合 力 矩 的 大 小 如 何 ？ 定 义 ： 利 用 卫 星 绕 地 球 飞 行 时 ， 卫 星 上 离 地 球 距 离 不 同 的 部 位 受 到 的 引 力 不 等 而 产 生 的 力 矩 （ 重 力 梯 度 力 矩 ） 来 稳 定 的 。 飞 轮 控 制利 用 飞 轮 产 生 的 反 作 用 力 矩 控 制卫 星 的 姿 态 。 反 作 用 飞 轮 是 一 个 在 电 机 的 驱 动下 高 速 运 动 的 转 子 ， 其 驱 动 马 达的 定 子 被 安 装 在 卫 星 的 壳 体 上 。驱 动 电 机 的 每 一 作 用 都 有 一 相 等且 相 反 的 作 用 ， 因 此 ， 飞 轮 的 连续 加 速 或 减 速 产 生 的 反 作 用 力 矩作 用 在 固 定 在 卫 星 中 驱 动 马 达 的定 子 上 ， 于 是 让 卫 星 向 转 子 加 速度 相 反 的 方 向 运 动 。 喷 气 控 制 卫 星 结 构 的 功 能分 类 外 壳 结 构 、 承 力 结 构 、 密 封 结 构 、 仪 器 安 装 面 结 构 、 能源 结 构 、 天 线 结 构 、 防 热 结 构 等形 式 （ 球 形 、 圆 筒 形 、 箱 式 、 圆 锥 形 、 多 面 体 形 ）材 料 材 料 的 要 求 金 属 材 料 复 合 材 料第 十 二 章 人 造 地 球 卫 星 的 结 构 定 义 控 制 航 天 器 内 外 的 热 交 换 过 程 ， 使 其 热 平 衡 温 度 处 于 规定 范 围 内 的 技 术 ， 又 称 热 控 制 。航 天 器 的 热 环 境 地 面 温 度 环 境 ： 四 季 、 昼 夜 变 化 发 射 轨 道 段 ： 气 动 加 热 700800 运 行 轨 道 段 ： -200 100 返 回 轨 道 段 ： 高 达 10000第 十 三 章 航 天 器 的 温 度 控 制 温 度 控 制 方 法 1） 被 动 温 度 控 制 ： 依 靠 选 取 不 同 的 温 控 材 料 或 涂 层 ， 组 织 航 天 器 内 外 热 交 换 过 程 ， 使 航 天 器 的 温 度 保 持 在 允 许 的 温 度 范 围 内 。 特 点 ： 简 单 、 可 靠 、 寿 命 长 ， 但 没 有 自 动 调 节 温 度 的 能 力 。 温 度 控 制 涂 层 热 管 超 级 隔 热 材 料 2） 主 动 温 度 控 制 ： 具 有 一 定 的 温 度 调 节 能 力 ， 可 大 大 减 少 由 于 热 源 变 化 引 起 的 仪 器 设 备 温 度 的 波 动 。 百 叶 窗 电 加 热 器 热 管 （ heat pipe）组 成 ： 由 管 壳 、 吸 液 芯 和 液 态 工 质 组 成 。原 理 ： 利 用 液 态 工 质 的 蒸 发 与 冷 凝 来 传 递 热 量 。作 用 ： 减 少 温 差 ， 航 天 器 结 构 或 内 部 设 备 等 温 化 电 加 热 器 百 叶 窗 遥 测 过 程 14.1 遥 测遥 测 ： 将 航 天 器 上 的 各 种 信 息 （ 被 测 物 理 量 ） 变 成 电 信 号 ， 并 以 无 线 电 波 的 形 式 传 到 地 面 接 收 站 ， 经 接 收 、 解 调 处 理 后 还 原 成 各 种 信 息 ， 为 人 们 提 供 飞 行 中 卫 星 的 各 种 状 况 和 数 据 。第 十 四 章 航 天 器 的 遥 测 遥 控 及 测 控 地 面 站 多 路 信 息 传 输 定 义 ： 一 条 信 息 传 输 通 道 传 输 多 个 参 数 。 (1)频 分 制 ： 利 用 频 率 范 围 的 不 同 而 区 分 不 同 的 信 号 。 采 用 微 波 的 L波 段 （ 12GHz） 、 S波 段 （ 24GHz） 无 线 电 规 则 ： 15251535MHz（ 地 到 星 ） 20252110MHz（ 地 到 星 ， 星 到 星 ） 22002290MHz（ 星 到 地 ， 星 到 星 ） (2)时 分 制 ： 利 用 时 段 的 不 同 而 区 分 不 同 的 信 号 。 14.2 遥 控 遥 控 过 程遥 控 与 遥 测 的 联 系 遥 控 与 遥 测 的 不 同 点 （ 1） 信 息 的 传 输 方 向 不 同 （ 2） 信 息 形 式 不 同 （ 3） 设 备 上 的 区 别 14.3 测 轨 原 理测 速 原 理 多 普 勒 效 应 ： 当 一 个 发 出 某 一 稳 定 频 率 的 波 的 物 体 与 观 测 者 有 相 对 运 动 时 ， 观 测 者 观 测 到 该 物 体 发 出 的 波 动 频 率 是 变 化 的 。0rvf fu 波 动 源 与 观 测 者 的 径 向 速 度 1 11 1 0 0cosrv vt f f fC C 时 刻 ： 2 2 0t f 时 刻 ： 313 3 0 0cosr vvt f f fC C 时 刻 ： 测 角 原 理方 位 角 A： 航 天 器 在 地 面 上 的 投 影 S 与 地 面 站 的 连 线 GS与 通 过 地 面 站 正 北 方 向 的 夹 角 。仰 角 Z： 航 天 器 与 地 面 站 的 连 线 GS与 地 平 面 之 间 的 夹 角 。测 量 方 法 ： （ 1） 干 涉 仪 法 （ 2） 定 向 天 线 测 角 法 测 距 原 理 12i iR C t 图 14.11 脉 冲 测 距 图 14.12 连 续 波 测 距 第 十 六 章 航 天 器 的 返 回 返 回 方 案 1） 利 用 火 箭 向 运 行 方 向 的 反 方 向 推 进 而 减 速 ； 2） 利 用 大 气 阻 力 减 速 ， 既 经 济 又 现 实 的 方 案 。返 回 的 几 个 阶 段 1） 离 轨 段 ； 2） 大 气 层 外 自 由 下 降 段 ； 3） 再 入 大 气 层 段 ；再 入 角 ： 再 入 时 的 速 度 方 向 与 当 地 水 平 面 的 夹 角 。 4） 着 陆 段 。 16.1 返 回 过 程 16.2 返 回 型 航 天 器 的 分 类弹 道 式 再 入 飞 行 器 升 力 式 再 入 飞 行 器纯弹道式 半弹道式 升力体式 有翼飞行器返 回 型 航 天 器 弹 道 式 再 入 飞 行 器 ： 升 阻 比 L/D在 00.5之 间 纯 弹 道 式 再 入 飞 行 器 ： 升 阻 比 L/D为 零 。 半 弹 道 式 再 入 飞 行 器 ： 升 阻 比 L/D大 于 零 ， 小 于 0.5。升 力 式 再 入 航 天 器 :升 阻 比 L/D大 于 0.5 升 力 体 式 飞 行 器 ： 升 阻 比 L/D在 0.51.3之 间 有 翼 飞 行 器 ： 升 阻 比 L/D大 于 1.3 16.3 着 陆 16.4 防 热 结 构选 择 再 入 舱 几 何 外 形防 热 方 法 载人航天器（ 1）载 人 航 天 的 前 提 研 制 出 推 力 足 够 大 ， 可 靠 性 极 端 好 的 运 载 工 具 。 获 得 空 间 环 境 对 人 体 影 响 的 足 够 信 息 ， 了 解 人 体 所 能 承 受 的 极 限 条 件 并 找 到 防 护 措 施 。 可 靠 的 救 生 技 术 及 安 全 返 回 技 术 。 载 人 航 天 是 人 类 驾 驶 和 乘 坐 载 人 航 天 器 在 太 空 中 从 事 各 种 探 测 、研 究 、 试 验 、 生 产 和 军 事 应 用 的 往 返 飞 行 活 动 第 十 七 章 载 人 航 天 器17.1 概 述 载 人 飞 船 又 称 宇 宙 飞 船 ， 是 一 种 运 送 航 天 员 到 达 太 空 并 安 全 返 回 的 一 次 性 使 用 的 航 天 器 。 其 分 为 卫 星 式 飞 船 和 登 月 式 飞 船 。前 苏 联 /俄 罗 斯 第 一 代 东 方 号 （ 1961年 4月 1963年 ） 第 二 代 上 升 号 （ 1964年 10月 1965年 ） 第 三 代 联 盟 号 （ 1967年 ） 、 联 盟 T（ 1979年 ） 、 联 盟 TM（ 1986年 ） 联 盟 号 飞 船 17.2 载 人 飞 船载 人 飞 船 的 发 展 状 况 东 方 -1飞 船 美 国第 一 代 水 星 号 (196163年 ）第 二 代 双 子 星 座 号 (1965年 ）第 三 代 阿 波 罗 号 （ 1969年 7月 ） 双 子 星 座 号 中 国神 舟 1神 舟 4号 ： 不 载 人神 舟 1: 1999年 11月 20日神 舟 2: 2001年 1月 16日 ， 6天 零 18小 时神 舟 3: 2002年 3月 25日 ， 6天 零 18小 时神 舟 4: 2002年 12月 30日 ， 6天 零 18小 时神 舟 5神 舟 7号 ： 载 人神 舟 5： 2003年 10月 15日 ， 21小 时 ， 杨 利 伟神 舟 6： 2005年 10月 12日 ， 5天 ， 费 俊 龙 ， 聂 海 胜神 舟 7： 2008年 9月 25日 ， 2天 20小 时 ， 翟 志 刚 、 刘 伯 明 ， 景 海 鹏神 舟 8号 ： 不 载 人 2011年 11月 8日 5时 发 射 ， 2011年 11月 17日 19点 返 回神 舟 9号 ： 载 人 2012年 6月 16日 18时 发 射 ， 2012年 6月 29日 10时 返 回景 海 鹏 、 刘 旺 、 刘 洋 公 共 系 统 ： 结 构 系 统 、 推 进 系 统 、 电 源 系 统 、 姿 态 控 制 系 统 、 热 控 系 统 、 跟 踪 测 轨 系 统 、 遥 测 遥 控 系 统 、 数 据 管 理 系 统专 用 系 统 ： 生 命 保 障 系 统 、 仪 表 照 明 系 统 、 返 回 系 统 、 应 急 及 救 生 系 统 、 乘 员 系 统 载 人 飞 船 的 组 成 17.3 登 月 飞 行 月 球 探 测 的 发 展 状 况n 早 期 探 测 （ 19591976 ） 前 苏 联 的 “ 月 球 ” 计 划 、 美 国 的 “ 徘 徊 者 ” 、 “ 月 球 轨道 器 ” 、 “ 勘 测 者 ” 、 “ 阿 波 罗 ” 载 人 登 月 计 划(1969,71972,7)飞 越 月 球 、 击 中 月 球 、 环 月 飞 行 、着 陆 月 球 、 月 球 车 行 走 、 无 人 采 样返 回 、 载 人 登 月 勘 测 者 探 测 器 土 星 5号 运 载 火 箭 n 重 返 月 球 （ 20世 纪 末 ） 美 国 1986年 提 出 重 返 月 球 设 想 ， 1994年 发 射 克 莱 门 汀探 测 器 ， 1998年 发 射 月 球 勘 探 者 探 测 器 日 本 1990年 发 射 “ 月 女 神 ” 月 球 探 测 器 ， 于 1993年 4月 进 入 月 球 轨 道 并 最 终 坠 落 月 面 日 本 “ 月 女 神 ” 飞 行 示 意 图 日 本 “ 月 女 神 ” 绘 制 的 月 球 图 n 中 国 的 探 月 工 程 嫦 娥 工 程嫦 娥 工 程 规 划 为 三 期 ： 简 称 为 绕 、 落 、 回 。绕 ： 发 射 一 颗 月 球 卫 星 ， 在 距 离 月 球 表 面 200千 米 的 高 度 绕 月 飞 行 ， 边 绕 边 看 ， 进 行 月 球 全 球 探 测 。 嫦 娥 一 号 卫 星 （ 2007年 10月 31号 ,绕 月 高 度 100km ） 嫦 娥 二 号 卫 星 （ 2010年 10月 1日 ,绕 月 高 度 100km 2011年 6月 9日 飞 离 月 球 )落 ： 发 射 月 球 软 着 陆 器 降 落 到 月 球 表 面 ， 释 放 一 个 月 球 车 ， 在 月 球 上 边 走 边 看 ， 进 行 着 陆 区 附 近 局 部 详 细 探 测回 ： 发 射 月 球 自 动 采 样 返 回 器 ， 降 落 到 月 球 表 面 后 ， 机 械 手 将 采 集 月 球 土 壤 和 岩 石 样 品 送 上 返 回 器 ， 返 回 器 再 将 月 球 样 品 带 回 地 球 。 嫦 娥 一 号 卫 星 嫦 娥 一 号 卫 星 的 四 大 探 测 任 务 获 得 三 维 立 体 月 球 地 形 图 探 查 月 球 表 面 的 物 质 成 分 测 量 月 壤 厚 度 和 氦 -3的 储 量1. 探 测 地 月 空 间 环 境位 于 月 表 东 经 83度 到 东 经 57度 ，南 纬 70度 到 南 纬 54度 。图 幅 宽 约 280公 里 ， 长 约 460公 里 。图 像 覆 盖 区 域 属 月 球 高 地 ， 分 布 有不 同 大 小 、 形 态 、 结 构 和 形 成 年 代 的 撞 击 坑 。 验 证 软 着 陆 的 部 分 关 键 速 度1。 验 证 地 月 转 移 轨 道 技 术2。 近 月 100km的 轨 道 捕 获 技 术3。 验 证 100km到 15km的 轨 道 测 定 技 术4。 验 证 x频 段 的 测 控 技 术5。 12M/s的 高 速 度 向 地 面 传 输 数 据6。 高 分 辨 率 成 像嫦 娥 二 号 卫 星 的 六 大 探 测 任 务 17.4 航 天 飞 机航 天 飞 机 是 一 种 可 重 复 使 用 的 有 翼 式 载 人 航 天 器 。航 天 飞 机 的 发 展 状 况 1981年 4月 12日 ， 美 国 哥 伦 比 亚 号 作 了 处 女 航 行 。 奋 进 号 阿 特 兰 蒂 斯 号 发 现 号 挑 战 者 号 航 天 飞 机 的 特 点1)重 复 使 用 ；2)过 载 小 ， 最 大 过 载 3g；3)水 平 着 陆 ， 使 空 间 活 动 的 安 全 可 靠 性 接 近 于 航 空 标 准 ；4)可 完 成 多 个 项 目 的 航 天 活 动 。 航 天 飞 机 的 组 成（ 1） 外 贮 箱 （ 不 可 回 收 ）（ 2） 固 体 助 推 器 （ 可 回 收 ）（ 3） 轨 道 器 机 头 ： 驾 驶 室 、 生 活 室 和 仪 器 设 计 室 机 身 ： 长 18m 、 直 径 4.5m 机 尾 ： 主 发 动 机 航 天 飞 机 的 飞 行 程 序 图 17.13 航 天 飞 机 的 飞 行 程 序 17.5 空 间 站单 模 块 空 间 站 : 运 载 火 箭 一 次 就 能 送 入 太 空 轨 道 运 行 。如 ： 礼 炮 1号 礼 炮 7号 、 天 空 实 验 室 。多 模 块 空 间 站 ： 有 多 次 运 送 入 轨 的 空 间 站 单 元 和 组 件 在轨 对 接 和 装 配 而 成 。 分 为 两 代 ： 第 一 代 为 积 木 式 构 型 ，由 多 个 舱 段 在 轨 道 上 直 接 对 接 组 成 ， 如 和 平 号 空 间 站 ；第 二 代 为 桁 架 挂 舱 式 ， 以 长 达 十 米 或 数 百 米 的 组 装 式 或展 开 式 桁 架 作 为 基 础 结 构 ， 然 后 将 多 个 舱 段 和 设 备 安 装在 桁 架 上 ， 如 果 及 阿 尔 法 空 间 站 。 和 平 号 空 间 站 国 际 空 间 站